地铁车辆电气牵引系统的设计及应用

赵晓光 黄 浩

沈阳地铁集团有限公司运营分公司

1 牵引系统结构与功能实现

1.1 牵引变流器结构设计

牵引电机与变流器构成了传动系统，作为车辆的动力与控制系统，变流器能够将车辆从直流电源获得的直流电转换成三相交流电，并且幅值与频率都是可调的，并向牵引机供电，使列车的制动与牵引功能能够顺利实现。牵引系统具备的功能还包括了故障保护、网络通信、监控、自诊断的功能。

1.2 辅助电源设计

辅助电源包括了辅助变流器与充电机主回路，紧急启动与低压控制单元，强迫风冷单元，能够实现交流与直流输出。牵引变流器主要是受电弓供电，之后将其转入辅助电源，经过充电机回路后直流电转换为交流电并输出，交流电在经过主回路后输出直流电。低压控制单元主要作用是控制系统运行，使风冷单元发挥作用为系统通风，紧急启动单元主要的作用在于辅助电源自激启动。

1.3 电机结构设计

电机作为牵引系统驱动的组成部分，是驱动的动力设备，牵引变流器传输的电流经过转换从而变为机械能。电机采用了防电晕绝缘结构，并且需要采取一定的措施，防止绝缘受到损伤。轴承同样需要采用绝缘结构，防止其受到变频电源造成的电腐蚀。

2 系统设计

系统定义后，要求及需求都已经明确，设计工作的主要任务是明确系统硬件及软件，结构要求、安全需求，安全设计原则，从而为系统硬件与软件设计工作提供一定的指导。列车信号在设计方面采用了网络冗余与硬线设计，牵引则采用的是列车优先的控制方式，备用控制选择的是硬线牵引。列车控制网络处于正常状态时，制动与牵引控制通过对列车网络控制来实现目标，当列车牵引出现故障时，启动备用控制，列车控制主要是由硬线与逻辑电路实现。牵引系统能够对设备部件进行实时与动态监控。

3 地铁车辆电气牵引系统技术应用

3.1 地铁电气牵引系统的集成技术

为了获得最好的地铁牵引传动效果，地铁电气牵引系统本身就是一项多种系统集成的技术总和，主要包括阐述匹配合格优化、电路和架构、系统逻辑控制、故障保护、系统特性及仿真、故障诊断计量和系统RAMS及EMC等多项系统技术。以此作为基本构架，来为地铁列车提供牵引和传动的能力。

通过这种集成技术所构建而成的地铁车辆电气牵引技术主要采用IGBT器件的大功率逆变器，也就是异步鼠笼电动机(图1)，将此设备设置为地铁车辆的交流传动系统。这种性能较高的交流传动系统更加符合TCN的车载网络控制标准，同时更加适合地铁车辆的故障诊断系统，能够有效的为地铁车辆的变流器做系统辅助。这种技术不但反映更加快速，而且使用起来安全可靠，能够有效的避免出现空转和滑行等现象，保持在地铁车辆牵引中，电气制动先行的特点。

图1 电气牵引系统异步鼠笼电动机

3.2 交流传动控制

地铁车辆电气牵引技术主要以牵引变流为主，此项技术是采用较大功率的半导体器件为基础，此外较常用到的还包括有叠压低感母排技术、光纤传输技术、冷却技术、隔离技术等多种技术手段，均在地铁车辆牵引系统中有着大量的应用，借助于对此类技术手段的合理运用，可确保地铁安全、高效的实现牵引控制，并且还可实现对直流电的精准转换。牵引变流技术可利用水进行冷却，而后经由散热管道与冷却风来实现对电器牵引系统的降温处理，减小系统的负荷压力，保障车辆的高效制动。另外，交流传动技术同样也能够给予地铁车辆电气系统的安全运行提供以充分保障，交流传动控制技术本质上是来源于逆变器的一项集合技术，借助于对异步电机控制技术、粘着控制技术、参数识别技术与故障诊断技术的综合应用，来促成对电流影响的有效控制，同时在地铁车辆的运行阶段，常常还面临着一些十分复杂的问题，而通过应用交流传动技术便可促使相关问题得以妥善解决。

3.3 地铁电气牵引系统的列车控制和诊断技术

以上地铁电气浅议系统的技术都是帮助地铁更好地完成牵引和控制的工作，而在地铁的电气牵引系统中，同时也包括对地铁列车的控制和诊断技术。这项技术从电流分析出发，用于实时监控和诊断地铁列车的运行状态、出现的故障以及完成在线调试的工作。不但能够保证地铁列车的安全运行和牵引，还符合现阶段城市轨道交通环境恶劣、流动性较大的要求。有效的帮助地铁线路中心控制部门事先对地铁列车的监控和故障诊断工作，使地铁列车的运行和牵引符合相关要求标准，实现地铁列车的安全运行。

总而言之，在地铁车辆的控制系统当中，电气牵引传动系统是—个地铁控制系统的核心，在地铁车辆运行过程中，电气牵引系统扮演者非常重要的角色，起到了控制和诊断地铁列车故障的作用，具有十分重要的现实意义，本文多地铁列车电气牵引系统相关技术进行了一定的分析，旨在为以后地铁列车电气牵引系统的革新和发展提供一定的参考，进一步为现代化城市交通压力起到更好的缓解作用。

[1]苗伟明，曾恺若，付小龙.地铁车辆充放电电阻烧损的原因与解决措施[J].轨道交通装备与技术，2016(06)：28-30.